2024-2025學年高中生物專題三胚胎工程第三節(jié)胚胎工程的應用及前景學案新人教版選修3

PAGE11-第三節(jié)胚胎工程的應用及前景學習目標課程標準1．駕馭胚胎移植的生理學基礎、基本程序和應用。(重、難點)2．了解胚胎分割的應用意義。3．駕馭胚胎干細胞的概念和分別途徑。(難點)1．舉例說出胚胎干細胞的移植。2．舉例說出胚胎工程的應用。3．利用互聯(lián)網(wǎng)搜集有關干細胞探討進展的資料?；A學問·雙基夯實一、胚胎移植1．胚胎移植的概念(1)對象：雌性動物的①__早期胚胎__或通過②體外受精及其他方式得到的胚胎。(2)受體：③__同種的__、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內。(3)地位：是胚胎工程其他技術的④__最終__一道工序。2．胚胎移植的優(yōu)勢(1)充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的⑤__繁殖潛力__。(2)大大縮短了供體本身的⑥__繁殖周期__，增加供體一生繁殖后代的數(shù)量，從而推動了畜牧業(yè)的發(fā)展。3．胚胎移植的生理學基礎(1)同種動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時間內，生殖器官的⑦__生理改變__是相同的，這就為供體的胚胎移入受體供應了相同的⑧__生理環(huán)境__。(2)哺乳動物的早期胚胎形成后處于⑨__游離__狀態(tài)，為胚胎收集供應了可能。(3)不發(fā)生⑩__免疫排斥反應__，是胚胎存活的條件。(4)供體胚胎與受體子宮建立正常的?__生理__和?__組織__聯(lián)系，但?__遺傳特性__不受影響。4．胚胎移植的基本程序供受體的選擇和?__處理__→?__配種__或人工授精→對胚胎的?__收集__、檢查、?__培育__或保存→胚胎?__移植__及移植后的檢查。5．胚胎移植中供體和受體的職能(1)供體職能：只產(chǎn)生具有?__優(yōu)良性狀的生殖細胞__。(2)受體職能：完成?__妊娠__任務。6．胚胎移植技術中胚胎的來源eq\o\ac(○,21)__轉基因__、eq\o\ac(○,22)__核移植__或eq\o\ac(○,23)__體外受精__等技術都可獲得胚胎。二、胚胎分割1．胚胎分割的概念胚胎分割是指采納eq\o\ac(○,24)__機械方法__將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)eq\o\ac(○,25)__移植__獲得同卵雙胎或多胎的技術，胚胎分割可以看做動物eq\o\ac(○,26)__無性繁殖__或eq\o\ac(○,27)__克隆__的方法之一。2．胚胎分割的幾個問題胚胎分割的主要儀器設備為eq\o\ac(○,28)__實體顯微鏡__和eq\o\ac(○,29)__顯微操作儀__。分割時，應選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的eq\o\ac(○,30)__桑椹胚__或eq\o\ac(○,31)__囊胚__。對囊胚階段的胚胎進行分割時要留意將eq\o\ac(○,32)__內細胞團__均等分割。3．胚胎分割技術的應用通過此技術可提高eq\o\ac(○,33)__胚胎__的利用率。三、胚胎干細胞1．胚胎干細胞的特點哺乳動物的胚胎干細胞簡稱eq\o\ac(○,34)__ES__或eq\o\ac(○,35)__EK細胞__，是由eq\o\ac(○,36)__早期胚胎__或eq\o\ac(○,37)__原始性腺__中分別出來的一類細胞。(1)形態(tài)上表現(xiàn)為eq\o\ac(○,38)__體積小、細胞核大、核仁明顯__；(2)功能上具有發(fā)育的eq\o\ac(○,39)__全能性__；(3)在體外培育條件下，可以只eq\o\ac(○,40)__增殖__而不eq\o\ac(○,41)__分化__，因此可以對它進行eq\o\ac(○,42)__冷凍保存__或eq\o\ac(○,43)__遺傳改造__。2．胚胎干細胞的應用價值(1)可以用于治療eq\o\ac(○,44)__人類的某些頑癥__。(2)可以培育出人造組織器官，解決eq\o\ac(○,45)__供體器官不足__和移植后eq\o\ac(○,46)__免疫排斥__的問題。(3)ES細胞也是探討體外eq\o\ac(○,47)__細胞分化__的志向材料。(4)胚胎干細胞還用于哺乳動物eq\o\ac(○,48)__個體發(fā)生__和eq\o\ac(○,49)__發(fā)育規(guī)律__的探討。思索1．胚胎移植的繁殖方式肯定是有性繁殖嗎？為什么？提示：不肯定。胚胎移植的繁殖方式取決于胚胎是由受精卵形成的，還是由核移植技術形成重組細胞發(fā)育而成的。若由受精卵形成的，則為有性繁殖，否則為無性繁殖。2．胚胎移植時為什么兩次運用激素？提示：第一次用激素對供、受體進行同期發(fā)情處理，其次次用激素用于供體的超數(shù)排卵。┃┃活學巧練__■推斷題1．沖卵的含義是沖出早期胚胎，不是沖出卵子。(√)2．轉基因動物的培育不須要通過胚胎移植技術。(×)分析：轉基因動物的培育須要通過受精卵經(jīng)早期胚胎培育、胚胎移植得到。3．胚胎移植是胚胎工程中最終一道程序，移植的胚胎一般在原腸胚之前，也可干脆移植受精卵。(×)分析：胚胎移植是胚胎工程中最終一道程序，移植的胚胎必需在原腸胚之前，不能干脆移植受精卵。4．胚胎移植兩次檢查的目的：一是對收集胚胎的質量檢查；二是移植后對受體母牛是否妊娠的檢查。(√)5．胚胎的產(chǎn)生過程一般是有性生殖，但胚胎分割是無性生殖。(√)6．試管動物的性別和性狀由父本、母本確定，而克隆動物的性別和性狀與核供體相同。(√)課內探究·名師點津學問點胚胎移植┃┃重難拓展__■1．對于胚胎移植的概念，可從以下幾個方面駕馭：(1)胚胎的來源：①雌性動物體內的早期胚胎。②通過體外受精和早期胚胎培育得到。③其他方式，如通過哺乳動物體細胞核移植及培育而得到。(2)對受體的要求：①同一物種。②與供體處于相同的生理狀態(tài)。③雌性動物。(3)胚胎的移植方法：手術法和非手術法兩種。(4)在胚胎工程中所處的位置：是胚胎工程其他技術的最終一道“工序”。(5)實質：胚胎移植事實上是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。2．胚胎移植的意義總的來講，胚胎移植有以下幾方面的意義：(1)加速育種工作和品種改良。(2)大量節(jié)約購買種畜的費用。(3)一胎多產(chǎn)。(4)保存品種資源和瀕危物種。(5)胚胎移植可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。①大大縮短了供體本身的繁殖周期；②增加供體一生繁殖的后代數(shù)量。3．胚胎移植的生理學基礎(1)供體與受體相同的生理環(huán)境(2)早期胚胎處于游離狀態(tài)(3)受體對外來胚胎的認可(4)供體胚胎與受體正常聯(lián)系的建立4．胚胎移植的基本程序(以家畜的胚胎移植為例)eq\x(\a\al(對供、受體母牛進行選擇，并,用激素進行同期發(fā)情處理))↓eq\x(用激素對供體母牛做超數(shù)排卵處理)↓eq\x(\a\al(超數(shù)排卵的母牛發(fā)情后，選擇同種,優(yōu)秀的公牛進行配種或人工授精))↓eq\x(胚胎的收集沖卵)↓eq\x(\a\al(沖卵后，對胚胎進行質量檢查。這時的胚胎應,發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段，并培育或保存))↓eq\x(胚胎的移植)↓eq\x(對受體母牛進行是否妊娠的檢查)↓eq\x(受體母牛產(chǎn)下胚胎移植的犢牛)學問貼士①供體牛的選擇：選擇遺傳性能和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的個體。受體牛的選擇：選擇有健康的體質和正常繁殖實力的個體。②沖卵：配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。┃┃典例評析__■典例1通過胚胎移植技術，可以實現(xiàn)良種牛的快速繁殖。下列相關敘述正確的是(D)A．對供體和受體母牛都要進行相同激素處理B．受精和胚胎的早期培育都須要在體外進行C．對沖卵獲得的原腸胚檢查合格后方可移植D．早期胚胎需移植到與供體生理狀態(tài)相同的代孕母牛體內解析：A錯誤，對供體和受體母牛要進行同期發(fā)情處理，但不肯定是相同激素處理。B錯誤，受精和胚胎的早期培育可以在體內進行。C錯誤，對沖卵獲得的早期胚胎檢查合格后方可移植。D正確，早期胚胎需移植到與供體生理狀態(tài)相同的代孕母牛體內。┃┃變式訓練__■1．將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內。以下說法不正確的是(D)A．這時說的同“種”是指同一“物種”B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植給我國黃牛，生出荷斯坦奶牛，可以移植勝利C．同種動物之間的生理特征相近，進行胚胎移植易于勝利D．不管是否妊娠，同種動物生殖器官的生理改變都是一樣的解析：雌性哺乳動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時間內，同種動物生殖器官的生理改變是一樣的。學問點胚胎分割┃┃重難拓展__■1．概念是指采納機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。2．胚胎分割可以看做是動物的無性繁殖或克隆生物的無性繁殖方式統(tǒng)稱為克隆。就胚胎分割技術本身而言，是將同一胚胎分割成幾部分，借助胚胎移植技術產(chǎn)生遺傳物質完全相同的后代，是一種無性繁殖的方式，因此，也屬于動物克隆的一種方法。3．運用的主要儀器設備實體顯微鏡和顯微操作儀。4．選用胚胎應選擇發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。5．詳細操作——以二分胚胎的分割和移植為主用分割針或分割刀片將胚胎切開，吸出其中的半個胚胎，注入預先打算好的空透亮帶中，或干脆將裸半胚胎移植入受體。在對囊胚階段的胚胎進行分割時，要留意將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的復原和進一步發(fā)育。┃┃典例評析__■典例2以下關于胚胎分割移植的說法不正確的是(C)A．就目前的胚胎分割移植而言，產(chǎn)生的同卵雙胎較多，同卵多胎勝利率較低B．胚胎分割所須要的主要儀器設備為實體顯微鏡和顯微操作儀等C．可在囊胚階段的胚胎進行隨機分割成兩份或多份，然后移植D．用分割針將桑椹胚分成兩部分，可干脆將裸半胚移植入受體解析：一般到囊胚階段出現(xiàn)內細胞團，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎細胞，其他細胞為滋養(yǎng)層細胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育供應養(yǎng)分。若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現(xiàn)內細胞團多的部分正常發(fā)育，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題，所以這一階段不能隨機分割。┃┃變式訓練__■2．如圖為哺乳動物受精卵發(fā)育過程中某一時期的示意圖，下列敘述正確的是(C)A．此圖中細胞還沒有分化，圖中①②分別為透亮帶、滋養(yǎng)層B．此圖為桑椹胚期，可作為胚胎移植的材料C．胚胎從①中伸展出來的過程叫作孵化D．進行胚胎分割時，?、壑械募毎鲂詣e鑒定解析：題圖為囊胚，此時細胞已經(jīng)起先分化，①為透亮帶，②為滋養(yǎng)層，③為內細胞團，A、B錯誤；囊胚進一步擴大，會導致透亮帶的裂開，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫作孵化，C正確；進行胚胎分割時，取②滋養(yǎng)層細胞進行DNA分析做性別鑒定，D錯誤。學問點胚胎干細胞┃┃重難拓展__■1．來源哺乳動物的胚胎干細胞(embryonicstemcell)簡稱ES或EK細胞，是由早期胚胎或原始性腺中分別出來的一類細胞。2．ES細胞特點(1)形態(tài)大小：ES細胞具有胚胎細胞的特性，在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積小、細胞核大、核仁明顯。(2)功能：具有發(fā)育的全能性；即可以分化為成年動物體內任何一種組織細胞。(3)在體外培育的條件下，ES細胞可以增殖而不發(fā)生分化。對它可以進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。3．種類分類專能干細胞多能干細胞全能干細胞特點只能分化成一種類型或功能親密相關的兩種類型的細胞能分化成多種細胞或組織，但不能發(fā)育成完整個體能形成機體的全部組織和器官，發(fā)育成完整個體舉例上皮組織基底層的干細胞、成纖維細胞造血干細胞胚胎干細胞4．ES細胞的主要用途(1)ES細胞可用于探討哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育的規(guī)律，也是在體外條件下探討細胞分化的志向材料。(2)ES細胞通過誘導分化可產(chǎn)生新的組織細胞，用于治療人類的組織損傷和某些頑癥。(3)還可通過ES細胞的體外誘導分化，定向培育人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和移植后免疫排斥的問題。┃┃典例評析__■典例3下列對“人類胚胎干細胞”這一概念的理解，正確的一項是(B)A．人類胚胎干細胞即人類胚胎發(fā)育早期囊胚外表的扁平細胞和囊胚腔內側的內細胞團B．人類胚胎干細胞就是人類胚胎發(fā)育早期囊胚腔內側的內細胞團C．人類胚胎干細胞是人類囊胚中可發(fā)育成胎盤、肝、肺、骨骼、皮膚等的全能性細胞D．人類胚胎干細胞不僅指人類囊胚中未分化的細胞，也指成人身上的成年干細胞解析：人類胚胎干細胞是人類胚胎發(fā)育早期——囊胚中未分化的細胞。囊胚外表是一層扁平細胞，可發(fā)育成胚胎的支持組織如胎盤等；中心的腔稱為囊胚腔，腔內側有內細胞團。內細胞團在形成內、中、外三個胚層時起先分化，內胚層分化形成肝、肺和腸等，中胚層分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚層分化形成皮膚、眼睛和神經(jīng)系統(tǒng)等。由于內細胞團能發(fā)育成完整的個體，因而這些細胞被認為具有全能性。┃┃變式訓練__■3．胚胎干細胞的特點是(B)A．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積大、細胞核大、核仁明顯；在功能上具有發(fā)育的全能性B．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積小、細胞核大、核仁明顯；在功能上具有發(fā)育的全能性C．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積小、細胞核小、核仁不明顯；在功能上不具有發(fā)育的全能性D．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積大、細胞核小、核仁明顯；在功能上具有發(fā)育的全能性指引迷津·撥云見日1．克隆(核移植)、胚胎移植和試管嬰兒的區(qū)分(1)克隆：指無性繁殖，詳細是指從一個共同的祖先通過無性繁殖的方法增生而來的一群遺傳特性相同的細胞或者個體，即由一個細胞產(chǎn)生一個細胞群，由一個個體產(chǎn)生另一個個體或者很多個體，如植物的組織培育。動物的克隆就是指細胞核移植，通過離體培育使細胞重新表達細胞的全能性。(2)試管嬰兒：是體外受精和胚胎移植過程，屬于有性生殖。(3)胚胎移植：哺乳動物的胚胎移植以良種牛的繁殖為例。用激素刺激母牛多排卵，體外受精，發(fā)育成早期胚胎，然后將胚胎移入經(jīng)過激素處理可以接受胚胎植入的母牛體內使其孕育成小牛。2．胚胎分割的份數(shù)越多，操作的難度越大，移植的勝利率越低的緣由早期胚胎的體積很小，只有在顯微鏡下才能看到；再者，細胞數(shù)目是有限的。分割的份數(shù)越多，不但難以做到均等分割，每一份的細胞數(shù)會越少，而且作為囊胚期的胚胎內細胞團細胞所受的影響會更大。因此，分割的份數(shù)越多，技術的難度會越大，移植后的復原和發(fā)育的難度會越大，移植勝利率自然會降低。典例4在克隆技術出現(xiàn)之前，育種工作者已經(jīng)起先采納胚胎分割移植的方法來盡快繁育更多的優(yōu)質牛。這種育種技術的主要步驟是：將經(jīng)過人工授精得到的受精卵在試管內培育到8個細胞的胚胎時，將胚胎均分割為4等份，再分別移植到不同母牛的子宮內發(fā)育、分娩，就能得到所須要的小牛。(1)胚胎分割移植在受精卵培育到8個細胞的胚胎期時進行，其主要緣由是__此時細胞還未出現(xiàn)分化，假如發(fā)育到了囊胚時期細胞就會出現(xiàn)分化__。(2)通過同一胚胎的分割移植培育出的小牛的性別__相同__。(3)通過體細胞克隆技術培育出的小牛，其性別取決于__供應核的親本__。(4)該生物工程技術的基礎是__動物細胞培育和胚胎移植__，克隆羊“多利”運用了哪些生物工程技術？__核移植和胚胎移植__。核心素養(yǎng)·技能培優(yōu)案例下圖是“萬能細胞”的誕生過程，圖中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干細胞中能高度表達并確定其“全能性”的四個基因，將改造后的“萬能細胞”植入小鼠身體，植入的細胞長成了“腫瘤”，“腫瘤”中出現(xiàn)了神經(jīng)、骨骼、肌肉等多種類型的細胞。請據(jù)圖回答下列問題：(1)胚胎干細胞又稱ES細胞，是從__早期胚胎或原始性腺__中分別出來的一類細胞，假如胚胎發(fā)育到了囊胚期，這時的__內細胞團__細胞就是ES細胞。(2)胚胎干細胞在功能上具有發(fā)育的__全能性__。(3)圖中反轉錄病毒的作用是__作為基因工程的載體__，過程③利用了反轉錄病毒的__感染(宿主細胞)__特性。(4)“萬能細胞”經(jīng)體外誘導分化，可以培育出人造組織器官，這樣培育的特別細胞或器官移回病人體內與異體器官移植相比，最大的優(yōu)點是__不會產(chǎn)生免疫排斥反應__。(5)請說出一種胚胎干細胞的應用：__用于探討細胞分化和細胞凋亡的機理；用于器官移植等(答出一種即可)__。解析：(1)胚胎干細胞是從早期胚胎或原始性腺中分別出來的一類細胞，囊胚中內細胞團的細胞是胚胎干細胞。(2)胚胎干細胞在功能上具有發(fā)育的全能性，可以分化為成年動物體內任何一種組織細胞。(3)反轉錄病毒的作用是作為基因工程的載體，利用了病毒的感染性。(4)干細胞培育出的組織器官，可以避開產(chǎn)生免疫排斥反應。探規(guī)尋律胚胎工程中的卵母細胞及受精卵的培育、胚胎分割及胚胎干細胞培育等技術與“基因工程”“細胞工程”等現(xiàn)代生物科技專題有著親密聯(lián)系，可以說“動物基因工程”“動物細胞工程”等是胚胎工程的上游技術，而胚胎工程則屬于下游技術。體外受精的過程和操作方法是須要著重駕馭的學問，學生在答題時往往由于對體外受精和早期胚胎發(fā)育的過程不了解而導致失誤。所以嫻熟駕馭體外受精的方法步驟以及早期胚胎培育須要留意的事項，是解決這類題目的關鍵。問題釋疑·探究升華教材P76正文中探討題1．在胚胎移植操作中，怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環(huán)境保持一樣？例如，供、受體的發(fā)情時間要一樣嗎？供體胚胎移入受體子宮的位置，應與在供體內的位置相同或相像嗎？提示：應對供體和受體母畜進行同期發(fā)情處理，使它們的生理條件達到同步或一樣，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相像的生存條件，這是胚胎移植勝利與否的關鍵。因此，必需做到供、受體母畜的發(fā)情時間一樣。同時還要做到移入受體子宮胚胎的位置應當與其在供體內的位置相同或相像，移入胚胎一側的受體子宮角對應的卵巢必需有黃體存在。2．胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。你認為這樣的概括正確嗎？提示：胚胎移植勝利率的凹凸與供、受體生理環(huán)境條件一樣性親密相關。只有供、受體生理環(huán)境高度一樣，移入受體的胚胎才能被接受，并接著發(fā)育。所以我們可以把胚胎移植簡潔概括為早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。這樣的概括是正確的。教材P79旁欄思索題對囊胚階段的胚胎進行分割時，為什么要將內細胞團均等分割？提示：內細胞團一般到囊胚階段才出現(xiàn)，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎細胞，其他細胞為滋養(yǎng)層細胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育供應養(yǎng)分。若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現(xiàn)含內細胞團多的部分正常發(fā)育的實力強，少的部分發(fā)育受